JP2007021854A

JP2007021854A - インクジェットヘッド及びその検査方法

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Publication number: JP2007021854A
Application number: JP2005205966A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Morita; 祥嗣森田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP4678502B2

Abstract

【課題】圧力室の開口を覆うセラミックス層における欠陥（ヘアクラック）が短小であっても、その有無を高い精度で検出する。
【解決手段】圧電アクチュエータ２１は、複数の圧力室２４にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、複数の圧力室２４に対応する領域にわたって屈曲して配置されたクラック検査用電極５１の層と、第３のセラミックス層４３と、駆動用電極の層に挟まれた複数層の第２のセラミックス層４２とが、圧力室２４側からその順序で積層して構成されている。セラミックス層４１にクラックがあって検査用電極５１が断線していると、クラック検査用電極５１に通電することでそれを検出することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェットヘッドに係り、特に、インクが充填されたキャビティユニットの圧力室に、圧電アクチュエータが吐出圧力を与えるように構成されたインクジェットヘッド及びその検査方法に関するものである。

従来から、インクジェットヘッドにおいては、圧電層と電極層とを交互に積層して形成されるプレート型の圧電アクチュエータを、キャビティユニットの圧力室に面して接合させて、この圧電アクチュエータの変位により、前記圧力室の容積に変化を与えインクを吐出させるものが知られている。

例えば、特許文献１のインクジェットヘッドでは、キャビティユニットが複数のプレートを積層して形成されており、その最前面のプレートに複数のノズルが設けられるとともに、最背面のプレートにノズル毎に対応する複数の圧力室が背面側に開口を有して設けられている。圧電アクチュエータでは、図１０に模式的に示すように、キャビティユニット１２０の各圧力室１２４毎に対応した個別電極１５２の層と全圧力室１２４に共通なコモン電極１５３の層とが圧電層１６２を挟んで交互に積層されており、個別電極１５２とコモン電極１５３とに上下を挟まれた圧電層１６２の領域が活性部となっている。

そして、前記各圧力室１２４の位置に各活性部を対応させて、キャビティユニット１２０の背面に圧電アクチュエータ１２１が積層固定され、インクジェットヘッド１００が形成される。このインクジェットヘッド１００では、接地されたコモン電極１５３に対して個別電極１５２に選択的に電圧を印加することで対応する活性部が変位し、この変位が伝達されて圧力室１２４に吐出圧力が与えられる。

圧電アクチュエータの圧電層１６２は、一般的に、ＰＺＴ系等の圧電材料（セラミックス粉末）からなるグリーンシートを積層して焼結することにより形成されているため、焼結体である圧電層１６２（以下、セラミックス層１６２と記載する）には、微小な欠陥（ヘアクラック）１６０が生じやすい。この欠陥１６０が、図１０に示すように、圧力室の開口を覆うセラミックス層１６２ａにおいて、その圧力室側の面からセラミックス層１６２を貫通して電極層の面に至るように延びていると、この欠陥１６０を通じて圧力室１２４からセラミックス層１６２ａにインクが浸透する可能性が大きい。そして、さらにインクの浸透が進むと、電極間の電気的短絡を招くという問題があった。

そのため、前記特許文献１では、キャビティユニットと圧電アクチュエータとの接着にインク非浸透性の接着シートを用い、この接着シートで、キャビティユニットと対向する圧電アクチュエータの面を全部覆うようにして、圧電アクチュエータのセラミックス層がインクと直接接触しないようにしている。
特開２００２−５９５４７号公報（図７及び図８参照）

ところで、キャビティユニットでは、静電気等によりインクに電荷が溜まることがある。通常インクは、正に帯電すると、図１０に示すように、圧力室に充填されたインク１７０と、グランドに接続された圧電アクチュエータのコモン電極１５３との間には、最下層のセラミックス層１６２ａを挟んで電位差が生じることになる。このような電位差は、正に帯電したインク１７０を陰極側（コモン電極１５３側）に移動させる電気浸透現象を発生させるため、インクには、セラミックス層１６２に浸透させようとする積極的な力が作用する。

前述した特許文献１では、接着シートで圧電アクチュエータのセラミックス層を覆っているものの、微視的には、接着シートには微小な空孔が多数あるため、前述したようなインクを積極的にセラミックス層側に誘導する力が作用すると、インクが接着シートを通過する。その結果、セラミックス層に図１０に示すような欠陥１６０があると、その内部にインクが浸透してしまい、従来同様の電気的短絡等の問題を招来する。

また、セラミックス層の欠陥は、セラミックス層を焼成処理する工程で発生するだけでなく、圧電アクチュエータをキャビティユニットに接着する工程やフレキシブルフラットケーブル等の他の部材を圧電アクチュエータ上に積層して組立てる工程でも圧電アクチュエータをキャビティユニットの圧力室に向けて押す力を作用させるため、組立てられた状態でその内部に存在するセラミックス層の欠陥を目視で確認することは困難であった。そのため、従来は、欠陥（クラック）が圧力室から個別電極の位置にまで到達するほど長く延び、さらにインクが欠陥を通じて個別電極まで浸透し、個別電極間あるいは個別電極とコモン電極間の電気的短絡を引き起こさないと欠陥の有無が検出できなかった。従って、欠陥がもっと短小な状態でも検出できるようにしたいという要望があった。

本発明は、上記課題を解消するものであり、圧力室の開口を覆うセラミックス層における欠陥（ヘアクラック）が短小であっても、その有無を高い精度で検出することのできるインクジェットヘッド及びその検査方法の提供を目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を直接覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に配置される１層または複数層の第２のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層との間に介在する第３のセラミックス層とが含まれ、前記電極層には、前記第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットにおける前記圧電アクチュエータが積層される面は、電気絶縁性を有し、前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に積層される１層または複数層の第２のセラミックス層とが含まれ、前記電極層には、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面上に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記クラック検査用電極は、導線を、前記第１のセラミックス層の扁平な方向の面上の所望の領域内にわたって配置したものであり、前記導線の端部に検査用端子が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記導線は、前記領域内にわたって複数回連続して屈曲して配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記導線は、前記領域内にわたって複数本配置され、各導線の端部に検査用端子が、それぞれ設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項３から５のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記駆動用電極は、キャビティユニットの複数の圧力室に対応して共通に配置されたコモン電極と各圧力室毎に対応する個別電極とが前記第２のセラミックス層を挟んで構成され、前記クラック検査用電極の両端部のうち一方は、前記圧電アクチュエータの内部あるいは表面において、前記コモン電極に電気的に接続されていることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットは少なくとも一部に前記インクと接する導電性材料を含み、前記キャビティユニットは前記コモン電極と電気的に接続され、前記圧電アクチュエータが駆動されるときには、前記コモン電極は接地されることを特徴とするものである。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層よりも、厚みが薄く設定されていることを特徴とするものである。

また、請求項９に記載の発明におけるインクジェットヘッドの検査方法は、インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を直接覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に配置される１層または複数層の第２のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層との間に介在する第３のセラミックス層とが含まれ、前記電極層には、前記第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれ、前記クラック検査用電極に設けられた端子の電気的特性を測定し、前記第１のセラミックス層にクラックがあるか否かを検査するものである。

また、請求項１０に記載の発明におけるインクジェットヘッドの検査方法は、インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットにおける前記圧電アクチュエータが積層される面は、電気絶縁性を有し、前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に積層される１層または複数層の第２のセラミックス層とが含まれ、前記電極層には、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面上に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれ、前記クラック検査用電極に設けられた端子の電気的特性を測定し、前記第１のセラミックス層にクラックがあるか否かを検査するものである。

請求項１に記載の発明によれば、圧力室を直接覆う第１のセラミックス層に欠陥が生じ、第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されたクラック検査用電極に亀裂が生じると、このクラック検査用電極の電気的特性が変化するので、この現象を利用して第１のセラミックス層における欠陥の有無を検出することができる。すなわち、クラック検査用電極は、第２のセラミックス層を挟む駆動用電極よりも圧力室に近い位置に設けられているので、圧力室側からセラミックス層の内部に延びる欠陥が、駆動用電極に到達しない短小な欠陥であっても検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、圧力室を直接覆う第１のセラミックス層に欠陥が生じ、第１のセラミックス層の圧力室と対向する面上に形成されたクラック検査用電極に亀裂が生じると、このクラック検査用電極の電気的特性が変化するので、この現象を利用して第１のセラミックス層における欠陥の有無を検出することができる。すなわち、クラック検査用電極は、圧力室に面した位置に設けられているから、セラミックス層の圧力室側の面に欠陥が生じると直ちに検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、クラック検査用電極は、導線を第１のセラミックス層の扁平な方向の面上に所望の領域内にわたって配置したものであるので、第１のセラミックス層に生じた欠陥が小さくても亀裂して断線し易い。そのため、クラック検査用電極の検査用端子を用いて端子間の導通の有無を確認することで、第１のセラミックス層に生じた欠陥を容易に検出することができる。また、断線の有無を検査することで、インクが欠陥に浸透しなくても検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、導線を複数回連続して屈曲させることで、所望の領域における導線の密度が高められるから、検出精度を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、導線を複数本配置することで、所望の領域における導線の密度が高められるから、検出精度を向上させることができる。

また、複数本の導線にはそれぞれの端部に検査用端子が設けられて、導線毎にそれぞれ独立して導通を確認できるので、どの導線が断線しているかを把握することにより、所望の領域のどの位置に欠陥が生じているかを検出することができる。

請求項６に記載の発明によれば、クラック検査用電極における検査用端子のうちの一つが、圧電アクチュエータに駆動用としてあらかじめ設けられているコモン電極に接続されているから、クラック検査用電極の検査に際して検査用の端子の一つとしてコモン電極を利用することで、検査作業を容易に行うことができる。

請求項７に記載の発明によれば、圧電アクチュエータが駆動されるときには、コモン電極は接地されるので、キャビティユニットのインクが静電気等に帯電しても、この静電気を、キャビティユニットにおいてインクと接する導電性材料の部分とコモン電極とを介して速やかにグランドに逃がすことができ、静電気によりインクの吐出動作が不安定になることを防止することができる。

請求項８に記載の発明によれば、第１のセラミックス層は、駆動用電極に挟まれていないので、電気的な耐圧を考慮する必要がなく、そのため、駆動用の第２のセラミックス層よりも厚みを薄くすることができる。従って、セラミックス層が厚い場合には電極に到達できなかかった短小な欠陥であっても、厚みの薄い第１のセラミックス層では圧力室側から延びてクラック検査用電極に到達するので、検出感度を向上させることができる。また、第１のセラミックス層が薄いと、第１のセラミックス層を付加しても、圧電アクチュエータ全体としての大型化を抑制することができる。

請求項９に記載の発明によれば、圧力室を直接覆う第１のセラミックス層に欠陥が生じ、第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されたクラック検査用電極に亀裂が生じると、このクラック検査用電極の電気的特性が変化するので、この現象を利用して第１のセラミックス層における欠陥の有無を検出することができる。すなわち、クラック検査用電極は、駆動用電極で挟まれた第２のセラミックス層よりも、圧力室に近い位置に設けられているので、圧力室側からセラミックス層の内部に延びる欠陥が、駆動用電極に到達する前の微小な状態でも検出することが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、圧力室を直接覆う第１のセラミックス層に欠陥が生じ、第１のセラミックス層の圧力室と対向する面上に形成されたクラック検査用電極に亀裂が生じると、このクラック検査用電極の電気的特性が変化するので、この現象を利用して第１のセラミックス層における欠陥の有無を検出することができる。すなわち、クラック検査用電極は、圧力室に面した位置に設けられているから、セラミックス層の圧力室側の面に欠陥が生じると直ちに検出することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図、図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図、図４は圧電アクチュエータの分解斜視図、図５は図４のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図、図５（ａ）はクラック検査用電極のパターンの平面図、図５（ｂ）はクラック検査用電極のパターンの他例の平面図、図７は圧電アクチュエータとキャビティユニットとの電気的接続を示す模式的な斜視図、図８はクラック検査用電極のコモン端子の引き出しの他例を示す要部断面図である。

図１は、本発明の実施形態による圧電式のインクジェットヘッド１におけるキャビティユニット２０、圧電アクチュエータ２１、及びフレキシブルフラットケーブル２２の斜視図であり、金属板製の複数枚のプレートからなるキャビティユニット２０にプレート型の圧電アクチュエータ２１が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２１の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル２２が重ね接合されている。そして、キャビティユニット２０の下面側に開口されたノズル２３から、下向きにインクが吐出するものとする（図３参照）。

前記キャビティユニット２０は、図２に示すように、ノズルプレート３０、スペーサプレート３１、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、サプライプレート３４、ベースプレート３５、及びキャビティプレート３６の合計７枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造となっている。

実施形態では、各プレート３０〜３６は５０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート３０はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート３１〜３６は４２％ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート３０には、微小径（２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル２３が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２３は、当該ノズルプレート３０における長辺方向（Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。

また、前記キャビティプレート３６には、図３に示すように、複数の圧力室２４がキャビティプレート３６の長辺（前記Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室２４は、平面視細長形状に形成され、その長手方向がキャビティプレート３６の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにして穿設され、長手方向の一端部がノズル２３と連通し、他端部が後述する共通インク室２５と連通する。

各圧力室２４における先端部は、ベースプレート３５、サプライプレート３４と２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、及びスペーサプレート３１に穿設されている微小径の連通孔２６を介して、ノズルプレート３０における前記各ノズル２３に連通している。

キャビティプレート３６の下面に隣接するベースプレート３５には、各圧力室２４の他端部に接続する貫通孔２８が穿設されている。

ベースプレート３５の下面に隣接するサプライプレート３４には、後述する共通インク室２５から前記各圧力室２４へインクを供給するための接続流路２９が設けられる。そして各接続流路２９には、共通インク室２５からインクが入る入口孔と、圧力室２４側（貫通孔２８）に開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路２９中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。

２枚のマニホールドプレート３３ａ，３３ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い２つの共通インク室２５が前記ノズル２３の各列に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。すなわち、図２及び図３に示すように、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート３４にて覆い、下面をスペーサプレート３１にて覆うことにより、合計２つの共通インク室（マニホールド室）２５が密閉状に形成される。各共通インク室２５は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室２４の一部と重なって圧力室２４の列方向（ノズル２３の列方向）に沿って長く延びている。接続流路２９の一端は共通インク室２５に他端は連通孔２６を介して圧力室２４にそれぞれ連通している。

また、図２に示すように、キャビティプレート３６、ベースプレート３５、及びサプライプレート３４の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ２つのインク供給口４０が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４０から共通インク室２５の一端部に連通するようになっている。また、インク供給口４０には、フィルタ体４０ａが接着剤等で貼着されている。

インク供給口４０からノズル２３に至るインク流通路では、インクは、インク供給口４０からインク供給チャンネルとしての共通インク室２５に供給された後、図３に示すように、サプライプレート３４の接続流路２９及びベースプレート３５の貫通孔２８を経由して各圧力室２４に分配供給される。そして、インクは各圧力室２４内から前記連通孔２６を通って、その圧力室２４に対応するノズル２３に至るという構成になっている。

一方、前記圧電アクチュエータ２１には、特開平４−３４１８５３号公報等に開示された公知のものと同様に、複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、この複数のセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられている。ここでは、セラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合したものを１枚の厚さが３０μｍ程度になるように扁平に成形したグリーンシートの複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、その複数枚のグリーンシートを積層して焼成することで、圧電アクチュエータ２１を形成している。これにより、各グリーンシートは、焼結体のセラミックス層となる。このセラミックス層としては、圧力室の開口を直接覆うように最も下面（キャビティユニット２０）側に配置される第１のセラミックス層４１と、第１のセラミックス層４１の上面に重ねられる第３のセラミックス層４３と、その上面に重ねられる複数層の第２のセラミックス層４２と、第２のセラミックス層のうちの最上層の上面に重ねられる複数層の第４のセラミックス層４４とが設けられている。この実施形態では、第２のセラミックス層４２が４層、第４のセラミックス層４４が３層設けられているが、第２、第４のセラミックス層４２、４４は、いずれも１層であってもよい。

電極層としては、第１のセラミックス層４１と第３のセラミックス層４３との間に形成されるクラック検査用電極５１の層と、第２のセラミックス層４２を挟んで対をなす駆動用電極の層と、最上面に配置されフレキシブルフラットケーブル２２と電気的に接続される表面電極４６の層とが設けられている。

駆動用電極は、図４に示すように、個別電極５２とコモン電極５３の対であり、個別電極５２は各圧力室２４に対応した箇所毎に細幅で圧電アクチュエータ２１の長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置され、コモン電極５３はすべての圧力室を覆ってこれらに共通に対応するように配置されている。コモン電極５３は、キャビティユニット２０のキャビティプレート３６と電気的に接続する（後述する）ために、セラミックス層の端縁にまで延設されて、圧電アクチュエータ２１の側面に引き出されている。この実施形態では、第３のセラミックス層４３と第２のセラミックス層４２との間、換言すれば、図５に示すように、４層ある第２のセラミックス層４２のうちの最下層の第２のセラミックス層の下面側にコモン電極５３の層が配置されて、これより上方に、個別電極５２の層とコモン電極５３の層とが、第２のセラミックス層４２を挟んで交互に配置されている。そして、圧電アクチュエータ２１の駆動時には、コモン電極５３が接地され、個別電極５２に駆動パルス信号が印加される。

クラック検査用電極５１は、導線状の電極を、すべての圧力室２４に平面視において対応する領域内にわたって第１のセラミックス層４１の上面に配置したものである。ここでは、図６（ａ）に示すように、１本の導線を領域内で複数回連続して屈曲させ、領域内の面上を導線ができるだけ多く行き渡るように引き回して配線している。そして、導線の両端部に検査用端子として、コモン端子５５とチェック端子５６とをそれぞれ設けている。なお、第１のセラミックス層４１における所望の領域とは、欠陥が生じてインクが浸透した場合に、電気的短絡等のトラブルを招く虞のある領域であり、例えば、セラミックス層の端縁付近等の、欠陥が生じても支障がないと判断できる領域には、必ずしもクラック検査用電極５１を設けなくてもよい。また、所望の領域内においても、特に欠陥の発生しやすい領域には、クラック検査用電極５１の配線の密度を高めて検出精度を向上させることが望ましい。

第３のセラミックス層４３には、図５に示すように、クラック検査用電極５１のコモン端子５５の位置に対応して、導電性材料が充填されたスルーホール５７が設けられており、コモン端子５５がコモン電極５３に電気的に接続されている。一方、第３、第２、及び第４のセラミックス層４３，４２，４４には、チェック端子５６の位置に対応して、導電性材料が充填されたスルーホール５８が設けられており、チェック端子５６が表面電極４６ｃに電気的に接続されている。

クラック検査用電極５１の配置は、図６（ａ）のパターンに限定するものではなく、例えば、図６（ｂ）に示すように、所望の領域内に複数本の導線を配置してもよい。この場合には、各導線毎に、その一方端にチェック端子５６を他方端にコモン端子５５をそれぞれ設けるが、コモン端子５５は、図示したように、導線の他方端を繋げて共通の端子として設けることができる。このように、導線を複数本にしてチェック端子５６を複数個設けると、後述するインクジェットヘッド１の検査において、欠陥の有無だけでなく、欠陥がどの位置で発生しているかを判別することができる。また、コモン端子５５を共通にすることで、コモン端子５５の引き出しが省略できるとともに、検査作業も容易となる。

表面電極４６は、図１、図４及び図５に示すように、最上層に配置された第４のセラミックス層４４の上面に設けられており、積層方向に対応する前記個別電極５２の各々に対して電気的に接続される表面電極４６ａと、前記コモン電極５３に対して電気的に接続される表面電極４６ｂと、クラック検査用電極５１のチェック端子５６と電気的に接続される表面電極４６ｃとが設けられている。個別電極５２と表面電極４６ａとの接続、及びコモン電極５３と表面電極４６ｂとの接続は、図４に示すように、導電性部材を充填したスルーホール５８及び個別電極５２とコモン電極５３とのそれぞれに対応して設けられたダミー電極とによって行っているが、この他に、圧電アクチュエータ２１の側面に積層方向(上下方向)に延びる側面電極を形成してこの側面電極で接続してもよい。

また、前述したようにこの実施形態では、図５に示すように、クラック検査用電極５１のコモン端子５５を、圧電アクチュエータ２１の内部にてコモン電極５３に接続しているが、例えば、図８に示すように、コモン端子５５をチェック端子５６と同様に、スルーホール５７によって最上層の表面電極に接続し、最上層でコモン電極５３の表面電極４６ｂと接続するように構成してもよい。なお、図４及び図５に示す各電極層の配置パターンは、一例であって、これに限定するものではない。

このように電極層が設けられた圧電アクチュエータ２１では、公知のように個別電極５２とコモン電極５３との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極され、活性部として形成される。そして、インクを吐出させる圧力室に対応する個別電極５２とコモン電極５３との間に駆動電圧を印加すると、対応する活性部が変形し、圧力室の容積を変化させる。第４のセラミックス層４４は３層設けられているが、これらは駆動用電極（個別電極５２とコモン電極５３）に挟まれていないから、前述した高電圧が印加されても、活性部が形成されない。すなわち、第４のセラミックス層４４は、圧電アクチュエータ２１の駆動時には変形しないで、前記活性部の変形を圧力室２４側に効率よく生じさせるための拘束部として作用する。

この圧電アクチュエータ２１はキャビティユニット２０の上面に、第１のセラミックス層４１が圧力室２４と対面するように接着固定される。接着剤には、耐インク性に優れたシート状の接着剤（図示せず）が用いられる。そして、接着固定されたキャビティユニット２０と圧電アクチュエータ２１とは、図３、図５及び図７に示すように、圧電アクチュエータ２１の側面に引き出されたコモン電極５３と金属製のキャビティプレート３６とが、導電性部材５９によって電気的に接続される。キャビティユニット２０の内部のインクは、静電気等により帯電する場合があるが、圧電アクチュエータ２１の駆動時には、コモン電極５３は接地されるので、静電気はキャビティユニット２０、導電性部材５９及びコモン電極５３を介してグランドに速やかに逃がされる。導電性部材５９としては、導電性ペーストを用いており、圧電アクチュエータ２１の外周のいずれか１箇所に配置すればよい。

なお、この実施形態では、コモン電極４５の層を３層設けているが、これら３層のコモン電極４５は、電気的に接続されているので、キャビティプレート３６は、必ずしも最もキャビティユニット２０に近いコモン電極４５の層と接続するように構成しなくてもよく、いずれかの層のコモン電極４５と接続していればよい。

次に、このように構成されたインクジェットヘッド１に対して、インクと接する第１のセラミックス層４１に欠陥（ヘアクラック）が発生しているか否かを検査する検査方法について説明する。検査は、インクジェットヘッド１が、インクジェットプリンタ等の本体に接続される前に行われる。この実施形態では、図１に示すように、キャビティユニット２０と圧電アクチュエータ２１とフレキシブルフラットケーブル２２とが接合され、且つキャビティユニット２０にインクが充填されていない状態で検査を行う。

検査に際しては、チェック端子５６及びコモン端子５５とが、表面電極４６を介してそれぞれフレキシブルフラットケーブル２２上に形成された配線パターンに接続されているので、チェック端子５６及びコモン端子５５に対応するフレキシブルフラットケーブル２２の各端子を利用して、クラック検査用電極５１の電気的特性である抵抗値を計測する。前述したように、コモン端子５５はあらかじめコモン電極５３に接続されているので、コモン端子５５としては、フレキシブルフラットケーブル２２のコモン電極５３に対応する端子が用いられる。なお、チェック端子５６はフレキシブルフラットケーブル２２に接続されない構成とし、チェック用端子５６に直接、検査用プローブを接触させて検査することもできる。

インクジェットヘッド１の第１のセラミックス層４１に生じた欠陥（クラック）がその上面（第３のセラミックス４３側の面）に達していると、クラック検査用電極５１に亀裂６１を発生させる（図６（ａ）参照）。クラック検査用電極５１のコモン端子５５とチェック端子５６との間は、本来電気的に導通しているのできわめて低い抵抗値であるが、亀裂６１により、これら電極間の導線が断線あるいは部分的に断線している場合には、抵抗値が無限大あるいはきわめて高くなる。従って、クラック検査用電極５１のコモン端子５５とチェック端子５６との間の抵抗値を測定することで、第１のセラミックス層４１の上面に欠陥があるか否かを判定することができる。

この第１のセラミックス層４１の上面の欠陥は、圧力室２４に連通するように延びていて、セラミックス層の内部にインクを浸透させる虞が大きいから、欠陥が生じていると判定されたインクジェットヘッド１は、不良品として製造工程から除外される。これにより、電気的短絡を招くような欠陥（クラック）が存在しない圧電アクチュエータ２１を有するインクジェットヘッド１を良品として選別し、インクジェットプリンタ等の本体に接続して搭載することができるので、製造工程の効率化を図ることができる。なお、コモン端子５５とチェック端子とを利用して抵抗値を測定するだけではなく、必要に応じて、電気的特性として静電容量等を測定してもよい。

また、第１のセラミックス層４１は、駆動用には用いられないため電気的な耐圧を考慮する必要がないので、駆動用に用いる第２のセラミックス層４２よりも積層方向の厚みを薄くすることができる。従って、セラミックス層の厚みが厚い場合に比べて、圧力室２４側からセラミックス層の積層方向に延びる欠陥が短小な欠陥であっても、クラック検査用電極５１に到達し易いので、欠陥の検出感度を向上させるという効果を奏する。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９は図５に対応する第２実施形態の断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の変形例であるため、同じ構成には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施形態のインクジェットヘッド１では、キャビティユニット２０における圧電アクチュエータ２１の積層される面が電気絶縁性を有している。この実施形態では、圧力室２４を有するキャビティプレート３６自体を電気絶縁性材料で形成しているが、この他に、キャビティユニット２０における圧電アクチュエータ２１が積層される面に電気絶縁性を有する薄膜が形成される形態や、キャビティユニット２０と圧電アクチュエータ２１との間に電気絶縁性を有するプレート（またはシート）が介挿される形態等でもよい。

また、圧電アクチュエータ２１では、第１実施形態における第３のセラミックス層４３が省略され、圧力室２４を覆う第１のセラミックス層４１に、第２のセラミックス層４２が重ねられている。そして、クラック検査用電極５１が、第１のセラミックス層４１の下面側、すなわち、圧力室２４と対面する面上に形成されている。

第２実施形態のクラック検査用電極５１は、図６（ａ）あるいは図６（ｂ）に図示されたようなパターンが適宜選択されて形成されており、チェック端子５６は表面電極４６ｃに、コモン端子５５はコモン電極５３を介して表面電極４６ｂに電気的に接続されている。

このように構成されたインクジェットヘッド１では、第１実施形態と同様に、クラック検査用電極５１に設けられたコモン端子５５とチェック端子５６との間の抵抗値を測ることで、第１のセラミックス層４１での欠陥の有無を検査することができるが、特に、クラック検査用電極５１が圧力室２４に面して設けられているから、欠陥が、セラミックス層へのインク浸透の入口となる圧力室に対面する位置に存在するだけで、換言すれば、欠陥が、セラミックス層の積層方向に長く延びていなくても、検出することができるのである。従って、セラミックス層へのインク浸透の虞を、高い感度で検出でき、電気的短絡等のトラブルを確実に防止することができる。

なお、キャビティユニット２０の内部のインクが導電性を有している場合、圧力室２４にインクを充填した状態で検査を行うと、第１実施形態において欠陥にすでにインクが侵入していたりするものや、第２実施形態のようにインクとクラック検査用電極５１とが直接接触するものでは、当該電極に亀裂６１が生じて断線しても、インクを介してチェック端子５６とコモン端子５５との間には見掛け上導通があるように測定されることが考えられる。しかしながら、インクは、一般的に所定の電圧以上を印加した場合に、電気分解することで導電性を示すので、チェック端子５６とコモン端子５５との間の抵抗値を測定する際に、インクが電気分解しない程度の低い電圧を印加することによって、インクの導電性の影響がない状態で亀裂の有無を正確に検査することができるのである。

本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。インクジェットヘッドの分解斜視図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。圧電アクチュエータの分解斜視図である。図４のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。（ａ）は、従来のインクジェットヘッドを説明する縦断面図、（ｂ）はクラック検査用電極のパターンの他例の平面図である。圧電アクチュエータとキャビティユニットとの電気的接続を示す模式的な斜視図である。クラック検査用電極のコモン端子の引き出しの他例を示す要部断面図である。図５に対応する第２実施形態の断面図である。従来のインクジェットヘッドを説明する縦断面図である。

符号の説明

１インクジェットヘッド
２０キャビティユニット
２１圧電アクチュエータ
２２フレキシブルフラットケーブル
２３ノズル
２４圧力室
３６キャビティプレート
４１第１のセラミックス層
４２第２のセラミックス層
４３第３のセラミックス層
４４第４のセラミックス層
４６表面電極
５１クラック検査用電極
５２個別電極
５３コモン電極
５５コモン端子
５６チェック端子
６１亀裂

Claims

インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、
前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を直接覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に配置される１層または複数層の第２のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層との間に介在する第３のセラミックス層とが含まれ、
前記電極層には、前記第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれることを特徴とするインクジェットヘッド。
インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記キャビティユニットにおける前記圧電アクチュエータが積層される面は、電気絶縁性を有し、
前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、
前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に積層される１層または複数層の第２のセラミックス層とが含まれ、
前記電極層には、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面上に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記クラック検査用電極は、導線を、前記第１のセラミックス層の扁平な方向の面上の所望の領域内にわたって配置したものであり、前記導線の端部に検査用端子が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
前記導線は、前記領域内にわたって複数回連続して屈曲して配置されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
前記導線は、前記領域内にわたって複数本配置され、各導線の端部に検査用端子が、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
前記駆動用電極は、キャビティユニットの複数の圧力室に対応して共通に配置されたコモン電極と各圧力室毎に対応する個別電極とが前記第２のセラミックス層を挟んで構成され、
前記クラック検査用電極に設けられた検査用端子のうち一つは、前記圧電アクチュエータの内部あるいは表面において、前記コモン電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
前記キャビティユニットは少なくとも一部に前記インクと接する導電性材料を含み、前記キャビティユニットは前記コモン電極と電気的に接続され、
前記圧電アクチュエータが駆動されるときには、前記コモン電極は接地されることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層よりも、厚みが薄く設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、
前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を直接覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に配置される１層または複数層の第２のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層との間に介在する第３のセラミックス層とが含まれ、
前記電極層には、前記第１のセラミックス層と第３のセラミックス層との間に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれ、
前記クラック検査用電極に設けられた端子の電気的特性を測定し、前記第１のセラミックス層にクラックがあるか否かを検査するインクジェットヘッドの検査方法。
インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上に開口形成されたキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記キャビティユニットにおける前記圧電アクチュエータが積層される面は、電気絶縁性を有し、
前記圧電アクチュエータには、前記複数の圧力室にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、このセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられ、
前記セラミックス層には、前記圧力室の開口を覆う第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面とは反対の面側に積層される１層または複数層の第２のセラミックス層とが含まれ、
前記電極層には、前記第１のセラミックス層における前記圧力室と対向する面上に形成されるクラック検査用電極の層と、前記第２のセラミックス層を挟んで対をなす駆動用電極の層とが含まれ、
前記クラック検査用電極に設けられた端子の電気的特性を測定し、前記第１のセラミックス層にクラックがあるか否かを検査するインクジェットヘッドの検査方法。